【摘 要】
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新性能热致变色材料的研发有助于拓展功能材料的应用范围,满足特殊领域对功能材料的要求。目前现有报道的三元体系溶剂基本为长链脂溶性有机分子,因此,本文考虑改变溶剂的性质,探究并分别构建随环境温度变色的“仿生”热致变色体系和具有双稳态性质的新型热致变色体系。本论文第一部分研究了亲水性溶剂的热致变色体系。首先探究染料ODB II在多种不同溶剂中的颜色行为,及其与染料分子的电子结构的关系。通过大量实验及紫外
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新性能热致变色材料的研发有助于拓展功能材料的应用范围,满足特殊领域对功能材料的要求。目前现有报道的三元体系溶剂基本为长链脂溶性有机分子,因此,本文考虑改变溶剂的性质,探究并分别构建随环境温度变色的“仿生”热致变色体系和具有双稳态性质的新型热致变色体系。本论文第一部分研究了亲水性溶剂的热致变色体系。首先探究染料ODB II在多种不同溶剂中的颜色行为,及其与染料分子的电子结构的关系。通过大量实验及紫外可见光谱测试确认其颜色变化,利用DFT计算染料分子的不同电子结构及其吸收光谱进行验证,结果表明,荧烷染料ODB II分子能够以闭环内酯结构、开环两性离子结构和开环阳离子羧酸结构三种相对稳定的电子结构存在,分别表现为无色或白色、红色和绿色三种颜色。其次,探究染料ODB II与亲水型有机分子组成的二元或三元体系的作用规律。通过选择正烷基醇、烷基多元醇及乙二醇醚类与ODB II组成二元或三元体系,对不同体系颜色行为进行比较研究,结果表明,烷基醇分子的给质子能力直接影响染料分子的电子结构,进而影响到相关体系颜色的色相及深度,而其给质子能力受到羟基的数目、烷基链长度、其他有机分子极性等因素的影响。当有机分子给质子能力足够强,可以解离出质子时,体系表现为绿色;当其给质子能力不足以给出整个质子时,体系通过稳定开环两性离子结构表现为红色;当有机分子完全不能提供质子时,体系表现为白色或无色;且给质子能力越强,体系颜色越深。同时,分子内氢键的形成可以大幅度降低有机分子给质子能力,甚至使得体系呈现出白色。在此基础上,构建了随环境温度变色的四元“仿生”热致变色体系-ODB II/二乙二醇乙醚/1,4-丁二醇/HAc,该四元体系呈现液态室温绿色-低温固态白色的转变。本论文的第二部分研究了苯乙酸苯乙酯衍生物构建的双稳态热致变色体系。首先以对羟基苯乙酸与苄氯、苯乙醇、苯甲醇、苄氧基苯乙醇、苯乙酸等为原料经酯化反应合成了化合物1、2和3。DSC分析结果表明,苯乙酸苯乙酯及所合成三种化合物都存在过冷行为。其中,苯乙酸苯乙酯的熔融温度为20℃,凝固温度为-35℃,过冷度为55℃;苄氧基的引入可提高其熔融温度与凝固温度,使得化合物1和3的熔融温度分别为40℃和65℃,凝固温度分别为-25℃和3℃,过冷程度提高至65℃、62℃;苯乙酸苯酯环间的柔性链的长度也会改变其熔融温度与凝固温度,使得化合物2的熔融温度升高至70℃,凝固温度升至26℃,过冷度为44℃。最后,以化合物1,2及苯乙酸苯乙酯为溶剂、以ODB II为发色剂、以双酚AF为显色剂构建三组分体系,其热致变色性能研究结果表明,这三个体系均存在双稳态热致变色现象,即在熔融温度以下,体系为灰色或黑色固体,直至温度升至熔融温度体系逐渐转化为浅色或无色透明溶液;在凝固温度以上体系为浅色或无色透明溶液,直至温度降至凝固温度,体系逐渐转变为灰色或黑色固体。
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